【正文】 2 總體方案設(shè)計 機械結(jié)構(gòu)類型的確定為實現(xiàn)總體機構(gòu)在空間位置提供的6個自由度，可以有不同的運動組合，根據(jù)本課題的要求現(xiàn)可以將其設(shè)計成關(guān)節(jié)型機器人。FANUC公司2000年9月宣稱它的控制器為世界最小。而另一種并聯(lián)機構(gòu)的NC機器人，其位置重復(fù)性達l um。新一代的伺服電機與基于微處理器的智能伺服控制器相結(jié)合，已由日本FANUC 公司開發(fā)并用于工業(yè)機器人中；在遠程控制中已采用了分布式智能驅(qū)動新技術(shù)?！　. 基于PC的開放式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)由于成本低并具有標準現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)功能，己成為一股潮流。c. 己普遍采用CAD、CAE等技術(shù)用于設(shè)計、仿真與制造中。這些差距已經(jīng)成為制約我國制造業(yè)乃至其他行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問題之一。進入21世紀，世界經(jīng)濟結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大而深刻的變革，但制造業(yè)依然是世界各發(fā)達與發(fā)展中國家加快經(jīng)濟發(fā)展、提高國家綜合競爭力的重要途徑。 理論上講，機器人的關(guān)節(jié)愈多，自由度也愈多，關(guān)節(jié)冗余度愈大，靈活性愈好；但同時也給機器人逆運動學的坐標變換和各關(guān)節(jié)位置的控制帶來復(fù)雜性。原本用于生產(chǎn)制造的工業(yè)機器人水平不斷提高，各種用于非制造業(yè)的先進機器人系統(tǒng)也有了長足的進展。c. 驅(qū)動電機1經(jīng)聯(lián)軸器與傳動軸來驅(qū)動小臂殼體的回轉(zhuǎn)運動。此裝置應(yīng)用在焊接生產(chǎn)線上將大大提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，降低了工人的勞動強度，能夠帶來可觀的經(jīng)濟效益。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄1 前言 1 1 技術(shù)要求及預(yù)期效果 1 本課題要解決的主要問題及設(shè)計總體思路 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展狀況 1 研究現(xiàn)狀 1 發(fā)展趨勢 22 總體方案設(shè)計 4 機械結(jié)構(gòu)類型的確定 4 傳動方案的確定 4 工作空間的確定 5 手腕結(jié)構(gòu)的確定 5 驅(qū)動裝置的選擇 6 機器人驅(qū)動方案的分析和選擇 6 手腕電機的選擇 7 傳動比的確定及分配 83 齒輪的設(shè)計 9 9 9 第二級圓錐齒輪傳動設(shè)計 124 軸的設(shè)計 15 轉(zhuǎn)腕傳動軸的選擇 15 擺腕傳動軸的設(shè)計 15 圓柱齒輪軸的設(shè)計 15 軸的強度校核 16 圓錐齒輪軸的設(shè)計 20 手腕連接軸的設(shè)計 21 大臂小臂連接軸的設(shè)計 225 軸承的設(shè)計 23 軸承的選擇 23 236 其它零部件的選用 25 鍵連接的選用 25 殼體的設(shè)計 25 機器人手臂材料的選擇 25 機器人臂部連接件的選用 257 關(guān)節(jié)型機器人的位姿分析 278結(jié)論 31參 考 文 獻 32致　　謝 33附 錄 341 前言 本課題設(shè)計的是垂直多關(guān)節(jié)型機器人臂部與手部的設(shè)計，主要是臂部和腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其零件設(shè)計。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。設(shè)計中大多采用了標準件和常用件，降低了設(shè)計和制造的成本。由于驅(qū)動電機的個數(shù)與手臂自由度的個數(shù)是緊密聯(lián)系的，因此減少電機的數(shù)量不但能減小機械手臂的重量，而且還會簡化整個系統(tǒng)的動力學與運動學的分析。垂直多關(guān)節(jié)機器人臂部和手部設(shè)計摘要:由于關(guān)節(jié)型機器人具有傳動原理簡單、結(jié)構(gòu)湊緊、所占空間體積小、相對的工作空間大，還能繞過基座周圍的一些障礙物等特點。傳動中采用了軟軸、波紋管聯(lián)軸器、傳動軸和兩對齒輪傳動。關(guān)鍵詞:垂直多關(guān)節(jié)機器人；伺服電機；齒輪傳動；手臂The Design of arm and hands for Vertical multijoint robot Abstract:As the joint coordinates robot with a simple principle, the structure together tight, has the small space, pared to the work of a large space, can bypass obstacles around the base some characteristics. As the above considerations, and in order to improve production efficiency and reduce labor intensity, to meet specific work requirements, This designed robot is vertical multijoint robot , using a DC servo motor, Through a series of shafts and gears realizated wrist rotation and swinging, and the movement of AutoHand crawls and relax. In order to make the entire structure is pact, rational layout the motor shaft and the gear , design the structure of the gear and shaft, and the strength verification. Due to the number of motordriven and the number of degrees of freedom of arms are closely linked, thus reducing the number of motor not only reduce the weight of the arm, but also it will simplify the analysis of the whole system dynamics and kinematics. The transmission of the design has used the flexible shaft, bellows couplings, wrist and two pairs of gear drive. In the choice of material, in order to make the robot weight lighter and the wrist can movements Agile. so selection of light materials, I have designed materials of robot is aluminumcopper alloy of cast aluminum alloy . This robot’s arm has superity of good rigidity, precise transmission and weight lighter. So the design mostly used the standard parts and mon parts, reduced the cost of the design and the production. Key words: Vertical multijoint robot；servo motor ；transmission of gears ；arm畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。此課題來源于生產(chǎn)實際，是針對目前手工電弧焊接效率低，操作環(huán)境差，而且對操作員技術(shù)熟練程度要求高，因此采用機器人技術(shù)，可以實現(xiàn)焊接生產(chǎn)操作的柔性自動化，提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和改善勞動條件。 本課題要解決的主要問題及設(shè)計總體思路 本課題要解決的問題有以下三個：a. 手腕處于手臂末端，需減輕手臂的載荷，力求手腕部的結(jié)構(gòu)緊湊，減少重量和體積；b. 提高手腕動作的精確性；c. 三個自由度的實現(xiàn)。驅(qū)動電機2經(jīng)傳動軸驅(qū)動一對圓柱齒輪和一對圓錐齒輪傳動來帶動手腕作偏擺運動。機器人的各種功能被相繼開發(fā)并得到不斷增強，機器人的種類不斷增多，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的工業(yè)控制拓展到各行各業(yè)，從軍事到民用，從天上到地下，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，從科研探索到醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，從生產(chǎn)領(lǐng)域到娛樂服務(wù)行業(yè)，甚至還進入尋常百姓家。因為焊接過程中往往需要把以空間直角坐標表示的工件上的焊縫位置轉(zhuǎn)換為焊槍端部的空間位置和姿態(tài)，再通過機器人逆運動學計算轉(zhuǎn)換為對機器人每個關(guān)節(jié)角度位置的控制，而這一變換過程的解往往不是唯一的，冗余度愈大，解愈多。 我國是一個制造業(yè)大國，尚處于工業(yè)化進程之中，在未來相當長的時期里，制造業(yè)仍將在國民經(jīng)濟中占主導(dǎo)地位。 發(fā)展趨勢工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用水乳交融。 　 B. 控制技術(shù)a. 大多數(shù)采用32位CPU，控制軸多達27軸，NC技術(shù)和離線編程技術(shù)大量采用。C. 驅(qū)動技術(shù)。D. 智能化的傳感器多有應(yīng)用在上述167種機型中，裝有視覺傳感器的有94種，％，不少機器人裝有兩種傳感器，有些機器人留下了多種傳感器接口。90年代末的機器人一般都具有兩、三種功能。工業(yè)機器人的應(yīng)用從單機、單元向系統(tǒng)發(fā)展。關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動和使大臂作俯仰擺動，小臂作俯仰擺動。,有2個齒輪為圓錐齒輪,有利于簡化系統(tǒng)運動方程式的結(jié)構(gòu)形式。關(guān)節(jié)4電機安裝在小臂后面用于帶動傳動軸與齒輪的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)手腕的擺動；關(guān)節(jié)5電機也安裝在小臂后面，其后緊跟傳動軸用于實現(xiàn)手腕的旋轉(zhuǎn)；關(guān)節(jié)6電機安裝在手腕里，用螺旋傳動來實現(xiàn)手爪的夾緊與放松運動，當電機正轉(zhuǎn)時給杠桿施加一個向上的力來實現(xiàn)放松工件運動，相反，電機反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)夾緊工件運動。圖22 機器人的工作空間位置圖 手腕結(jié)構(gòu)的確定手腕是操作機的小臂（上臂）和末端執(zhí)行器（手爪）之間的聯(lián)接部件。對于任一桿件的姿態(tài)（即方向），可用兩個方位角確定，如圖23所示。如果末桿的自轉(zhuǎn)角（即）也滿足，就說該操作機具有最大的靈活度，即可自任意方向抓取物體并可把抓取的物體在空間擺成任意姿態(tài)。一般說來、的最大值取，而值可取的更大一些，如果擰螺釘，最好無上限。它的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，但它們多與減速裝置相連，直接驅(qū)動比較困難。隨著技術(shù)的進步，近年來交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機而成為機器人的主要驅(qū)動器。因為直流伺服電機具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應(yīng)等特點，并且控制技術(shù)成熟。表21 SZYX82寬調(diào)速永磁直流伺服電機技術(shù)參數(shù)規(guī)格型號額定功率額定轉(zhuǎn)矩額定電壓SZYX8248V最高電流最高轉(zhuǎn)速允許轉(zhuǎn)速差10%轉(zhuǎn)動慣量1500r/min150該電機具有精度高，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，加速度大，力矩波動小，線性度好，過載能力強等特點。求得n== r/min 。3 齒輪的設(shè)計齒輪材料采用45號鋼，鍛造毛坯，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為210HBS；大齒輪正火處理后齒面硬度為180HBS，因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選齒輪精度等級為7級。小齒輪傳遞扭矩 (32)大小齒輪的接觸疲勞強度極根應(yīng)力為： ；選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： ；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由下列公式計算可得 （33） 則 接觸疲勞壽命系數(shù),；彎曲疲勞壽命系數(shù)；接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù)。由于小齒輪分度圓直徑較小，考慮到結(jié)構(gòu)，將小齒輪做成齒輪軸。a. 設(shè)計準則按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 d. 校核齒根彎曲疲勞強度復(fù)合齒形系數(shù)，取。軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。軟軸通常由鋼絲軟軸、軟管、軟軸接頭和軟管接頭等幾部分組成。b. 軟管用來保護鋼絲軟軸，以免與外界的機件接觸，并保存潤滑劑和防止塵垢侵入；工作時軟管還起支撐作用。a. 初估軸徑， C=106~117,取C=106則 （41） =b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從處開始逐段確定軸徑，上面計算的是軸段1的直徑，由于軸段1上安